第4章存儲系統(tǒng)4.5虛擬存儲器4.5.1虛擬存儲器的概念虛擬存儲技術(shù)是為了克服內(nèi)存空間不足而提出的，由于軟件功能越來越強，程序員編程時會覺得主存容量不夠用。這樣就提出了虛擬存儲技術(shù)，將輔存和主存結(jié)合，兩者的地址空間統(tǒng)一編址，形成比實際主存空間大得多的邏輯地址空間。將程序中出現(xiàn)的地址稱為“虛擬地址”，而實際主存的地址稱“物理地址”。虛擬存儲技術(shù)是在主存和輔存之間，增加軟件及硬件，使主存輔存之間信息交換，程序再定位，地址轉(zhuǎn)換都能自動進行。程序員可以使用的空間比實際的主存空間大得多，稱為虛擬存儲器（VirtualMemory），簡稱VM。4.5.2虛擬存儲器的基本管理方法虛擬存儲器的管理方式有段式、頁式和段頁式三種。（1）段式虛擬存儲器一個程序往往包含著邏輯上相互獨立的程序段（如過程、子程序等）。段式虛擬存儲器就是將程序按其邏輯功能分段，程序按段裝入主存，在內(nèi)存中建立段表。運行程序時先查段表，將虛擬地址轉(zhuǎn)換為實際內(nèi)存地址。段式虛擬存儲器通過段表實現(xiàn)虛實地址轉(zhuǎn)換。每一程序段在段表中都占有一個表目，記錄各段是否裝入內(nèi)存的標記、裝入內(nèi)存后的實際地址以及該段的長度。虛地址包括段號和段內(nèi)地址。當訪問程序段時，首先根據(jù)段號查找到段表中表目地址，查該段的裝入位，若該段已經(jīng)在內(nèi)存，則由該表目中取出該段在實存中的首地址與段內(nèi)地址相加，得到實際地址。若裝入標記表明該段不在主存中，則要從輔存中調(diào)入。4.5.2虛擬存儲器的基本管理方法段式虛擬存儲器中虛擬地址向?qū)嵈娴刂忿D(zhuǎn)換的過程如圖4-30。4.5.2虛擬存儲器的基本管理方法段式虛擬存儲器的優(yōu)點是段的分界和程序的自然分界對應，段的邏輯獨立性使它易于編譯、管理、修改和保護，也便于多道程序共享。缺點是整個段必須一起裝入或調(diào)出主存，這使得段長不能大于主存容量，從而限制了虛擬空間的容量；而且各段的長度不相同，段的起點和終點不定，給主存空間分配帶來麻煩，容易在實存中留下零碎存儲空間，造成浪費。4.5.2虛擬存儲器的基本管理方法（2）頁式虛擬存儲器將輔存和主存空間都分成大小相同的存儲空間，稱為“頁”。輔存的頁是虛頁，主存的頁是實頁。虛存地址包括邏輯頁號和頁內(nèi)地址；實存地址包括物理頁號和頁內(nèi)地址。虛存地址到主存地址的轉(zhuǎn)換是由主存中的頁表來實現(xiàn)的。當程序的某一頁調(diào)入主存時，將主存實際地址的頁號記錄在頁表中，并將裝入標記設為“1”，表明該頁已經(jīng)在主存中。當訪問主存時，根據(jù)邏輯頁號查找頁表，若該頁已裝入主存，將頁表中查到的實際頁號與頁內(nèi)地址組裝起來，即得到實際地址。若裝入標記為“0”，即該頁未裝入主存，則產(chǎn)生缺頁中斷，需要根據(jù)替換算法將需要的頁調(diào)入。4.5.2虛擬存儲器的基本管理方法頁式管理的地址轉(zhuǎn)換如圖4-31。4.5.2虛擬存儲器的基本管理方法頁式虛擬存儲器中，虛存、實存頁面大小都相等，便于主存輔存間信息調(diào)進調(diào)出，另外各個頁面不要求占用連續(xù)主存空間，每頁運行完后，可以分配給其他程序調(diào)入，主存空間利用率高。但是由于頁不是邏輯上獨立的，所以處理、保護和共享都不如段式方便。4.5.2虛擬存儲器的基本管理方法（3）段頁式虛擬存儲器將段式虛擬存儲器和頁式虛擬存儲器結(jié)合起來，可以充分發(fā)揮兩種管理方式的優(yōu)點。段頁式虛擬存儲器中，把程序按邏輯分段后，再把每段分成固定大小的頁。程序調(diào)入主存按頁面進行，但是又可以按段實現(xiàn)共享和保護。程序虛擬地址包括段號、頁號和頁內(nèi)地址。實地址包括物理頁號和頁內(nèi)地址。內(nèi)存中用段表和頁表實現(xiàn)虛擬地址到實地址的轉(zhuǎn)換。每個程序可由若干段組成，每段又由若干頁組成。在主存中，每個程序都有一張段表，每段都有一張頁表，由段表指明該段頁表的起始地址，由頁表指明該段各頁在主存中的位置以及裝入標記等信息。4.5.2虛擬存儲器的基本管理方法段頁式虛擬存儲器的地址轉(zhuǎn)換過程如圖4-32。4.5.2虛擬存儲器的基本管理方法當進行地址轉(zhuǎn)換時，由段表基址寄存器給出段表的首地址，虛地址的段號指明要訪問的段表中的哪個表目，兩者相加找到該段相應的頁表在主存中的首地址。將首地址再與虛地址中的段內(nèi)虛頁號相加，找到